用于耗散功率的包含發光半導體的系統技術方案

本申請公開了一種用于耗散功率的包含發光半導體的系統。公開了一種電路。該電路包括電感負載、與該電感負載通信的至少一個電組件和半導體。該半導體被配置為響應于該半導體兩端的電壓降至少等于正向電壓而發光，其中該半導體與該電組件并聯放置并且響應于該電感負載在操作期間生成致使該半導體兩端的電壓降至少等于正向電壓的電壓尖峰而發光。

A system containing light-emitting semiconductors for dissipative power

This application discloses a system comprising light emitting semiconductors for dissipating power. A circuit is disclosed. The circuit includes an inductance load, at least one electrical component communicating with the inductance load and a semiconductor. The semiconductor is configured to emit light in response to a voltage drop at both ends of the semiconductor that is less than or equal to a forward voltage, in which the semiconductor is placed in parallel with the electrical component and emits light in response to a voltage spike generated by the inductance load during operation that causes the voltage at both ends of the semiconductor to drop to less than or equal to a forward voltage.

【技術實現步驟摘要】
用于耗散功率的包含發光半導體的系統
公開的系統和方法涉及用于耗散功率的系統，并且更具體地涉及用于耗散功率的包含發光半導體的系統。
技術介紹
有兩個主要類型的線性致動器，即對壓差進行操作的液力致動器和由電動機驅動的電子機械致動器。電子機械致動器可以被反向驅動或自鎖。如果電子機械致動器是自鎖的，那么致動器可以通過將力施加在輸出上而不被反向驅動。許多空天交通工具使用反向驅動致動器。該致動器通常在空氣流施加致使目前部署的擾流板縮回的力的時候被反向驅動。由反向驅動產生的電功率傳統上由元件諸如電阻器和二極管所耗散。在一個示例中，直流(DC)電動機由H橋電路反向驅動。H橋電路是一種電子電路，其使電壓能夠以任一方向施加在DC電動機兩端。在所述的示例中，二極管被用于耗散電功率并且保護包含在H橋電路中的其他電組件。具體地，H橋電路包含基于脈沖寬度調制(PWM)方案快速轉換的晶體管。PWM方案控制DC電動機的速度或轉矩。當晶體管被斷開并且至DC電動機的供應電流突然被中斷時，因為DC電動機是電感負載而生成電壓尖峰。電壓尖峰可以被稱為反激(flyback)，并且H橋中的二極管被用于保護晶體管不受DC電動機的脈沖生成的反激的影響。二極管在耗散電功率時生成熱。此外，由二極管生成的熱響應于PWM方案的脈沖率的增加而升高。另外，由二極管生成的熱需要被處理。處理由二極管生成的熱可能是具有挑戰性的。實際上，在空天應用中的熱生成是特別有問題的，因為交通工具的組件要求在所有任務階段期間在具體溫度范圍內進行操作。面對空天交通工具中的熱耗散的挑戰可以進一步混合，因為空天交通工具在操作期間也遇到相對高的空氣動力。這導致需要由致動器執行更多工作以移動表面。另外，致動器也常常要求以非常高的速率(諸如，例如超過100,000赫茲)進行操作。最后，由于空天交通工具以高速行進通過空間，空間交通工具周圍的空氣已經處于升高的溫度。因此，可能不能釋放由二極管生成的大部分熱。
技術實現思路
公開的系統提供用于通過半導體耗散功率的途徑，該半導體響應于電感負載生成致使半導體兩端的電壓降至少等于正向電壓的電壓尖峰而發光。發光半導體與其他設備諸如電阻器或二極管相比生成較少熱。在一個示例中，公開了一種電路。該電路包括電感負載、與該電感負載通信的至少一個電組件和半導體。該半導體被配置為響應于該半導體兩端的電壓降至少等于正向電壓而發光。該半導體與該電組件并聯放置并且響應于該電感負載在操作期間生成致使該半導體兩端的該電壓降至少等于該正向電壓的電壓尖峰而發光。在另一個示例中，公開了一種電路。該電路包括電感負載和與該電感負載并聯的反激式半導體。該反激式半導體被配置為響應于該反激式半導體兩端的電壓降至少等于正向電壓而發光。該反激式半導體響應于該電感負載在操作期間生成致使該反激式半導體兩端的該電壓降至少等于該正向電壓的電壓尖峰而發光。在又一個示例中，公開了一種用于耗散功率的方法。該方法包括驅動電路的電感負載，其中該電路包括與該電感負載通信的至少一個電組件。該方法還包括在該電感負載的操作期間生成致使半導體兩端的電壓降至少等于正向電壓的電壓尖峰。該半導體與該至少一個電組件并聯放置。最后，該方法包括響應于該半導體兩端的該電壓降至少等于該正向電壓由該半導體發光。所公開的方法和系統的其他目標和優點根據以下說明、附圖和所附權利要求將是明顯的。附圖說明圖1是所公開的致動器的電路的一種示例性示意圖，其中公開的電路是H橋，其包含用于保護晶體管的多個發光二極管(LED)；以及圖2是電感負載作為繼電器或電磁閥(solenoidvalve)的一種示例性示意圖。具體實施方式圖1是致動器10的示例性示意框圖，該致動器10包括用于向電感負載12提供動力的公開的電路20。在所示的示例性示例中，電感負載12是反向驅動直流(DC)電動機12，并且電路20是H橋電路20。如下更詳細解釋的，H橋電路20包括與DC電動機12通信的至少一個電組件。至少一個電組件為多個晶體管Q1-Q4。H橋電路20還包含半導體，該半導體被配置為響應于該半導體兩端的電壓降至少等于正向電壓而發光。在所示的示例中，半導體是發光二極管(LED)并且被示出為多個LEDD1-D4。LEDD1-D4每個與晶體管Q1-Q4中的相應一個并聯放置。具體地，LEDD1與晶體管Q1并聯，LEDD2與晶體管Q2并聯，LEDD3與晶體管Q3并聯，以及LEDD4與晶體管Q4并聯。LEDD1-D4被配置為響應于DC電動機12在操作期間生成電壓尖峰而發光。電壓尖峰致使每個LEDD1-D4兩端的電壓降至少等于正向電壓。H橋電路20還包括第一按鈕PB1、第二按鈕PB2、電阻器R1、電阻器R2、電阻器R3、電阻器R4、電阻器R5和電阻器R6。如下所解釋，LEDD1-D4用作反激式二極管或吸收(snubber)二極管以保護晶體管Q1-Q4不受有時在DC電動機12的操作期間出現的過量電壓或電壓尖峰的影響。具體地，LEDD1-D4通過發光耗散過量電壓的一部分，而剩下的功率耗散為熱。盡管闡述了LED，電路20不限于圖1中所示的示例。替代地，在另一個示例中的電路20包括任何半導體，該半導體被配置為當正向偏置時發光(諸如激光二極管或光敏電阻(photocell))。特別地，在一個示例中的電路20包括單結光敏電阻，用于通過發光耗散過量電壓的一部分。晶體管Q1-Q4控制到DC電動機12的供應電流的極性。在圖1中所示的示例中，晶體管Q1-Q4示出為雙極結型晶體管(BJT)，但是其他類型的晶體管也可以使用，諸如，例如金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)。每個晶體管Q1-Q4包含基極B、發射極E和集電極C。電阻器R1-R4的每個被提供以限制進入晶體管Q1-Q4中的相應一個的基極B的電流。具體地，電阻器R1對應于晶體管Q1、電阻器R2對應于晶體管Q2、電阻器R3對應于晶體管Q3、以及電阻器R4對應于晶體管R4。電阻器R5是連接在接地GND和按鈕PB1之間的下拉電阻器。電阻器R6是連接在接地GND和按鈕PB2之間的下拉電阻器。在一個示例中，當晶體管Q1和Q4被激活或閉合并且晶體管Q2和Q3被斷開時，那么DC電動機12的轉子(未示出)以順時針方向轉動。在DC電動機12中電流從左向右流動，或換句話說，端子30、32兩端是正電壓。當晶體管Q2和Q3被激活并且晶體管Q1和Q4被斷開時，那么DC電動機12的轉子以逆時針方向轉動并且DC電動機12中的電流從右到左流動。如果DC電動機12的端子30、32是開路，那么DC電動機12靠慣性轉動(freewheel)。如果端子30、32被短路，那么DC電動機12制動。LEDD1-D4用于大體上消除反激，反激是當供應電流(未說明)突然減小或中斷時電感負載(諸如DC電動機12)兩端所見的突然的電壓尖峰。LEDD1-D4也保護免受DC電動機12的過驅動或反向驅動狀況。在一個示例中，DC電動機12的轉矩或速度基于脈沖寬度調制(PWM)被控制，PWM致使晶體管Q1-Q4快速地轉換。當外部轉矩施加在電動機的軸上時，出現過驅動電動機狀況。外部轉矩致使電動機速度增加，因此增大電動機的端子兩端的電動勢(EMF)。EMF增大并且最終變得大于供應電壓，其使電動機的驅動電路中包含的晶體管反向本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種電路(20)，包括：電感負載(12)；至少一個電組件(Q1?Q4)，其與所述電感負載(12)通信；和半導體(D1?D4)，其被配置為響應于所述半導體(D1?D4)兩端的電壓降至少等于正向電壓而發光，其中所述半導體(D1?D4)與所述至少一個電組件(Q1?Q4)并聯放置并且響應于所述電感負載(12)在操作期間生成致使所述半導體(D1?D4)兩端的所述電壓降至少等于所述正向電壓的電壓尖峰而發光。

【技術特征摘要】
2017.07.07 US 15/644,0601.一種電路(20)，包括：電感負載(12)；至少一個電組件(Q1-Q4)，其與所述電感負載(12)通信；和半導體(D1-D4)，其被配置為響應于所述半導體(D1-D4)兩端的電壓降至少等于正向電壓而發光，其中所述半導體(D1-D4)與所述至少一個電組件(Q1-Q4)并聯放置并且響應于所述電感負載(12)在操作期間生成致使所述半導體(D1-D4)兩端的所述電壓降至少等于所述正向電壓的電壓尖峰而發光。2.根據權利要求1所述的電路(20)，其中所述至少一個電組件(Q1-Q4)是晶體管，并且所述晶體管包含基極(B)、集電極(C)和發射極(E)，并且其中所述半導體(D1-D4)使電流轉移離開所述晶體管的所述發射極(E)。3.根據權利要求1或2所述的電路(20)，其中所述電路(20)是H橋電路并且所述電感負載(12)是直流電動機即DC電動機。4.根據權利要求3所述的電路(20)，包括多個晶體管和多個發光二極管即多個LED，其中所述多個晶體管中的每個與所述多個LED中的一個并聯放置。5.根據權利要求1或2所述的電路(20)，其中所述電感負載(12)的轉矩或速度基于脈沖寬度調制即PWM被控制。6.一種電路(20)，包括：電感負載(40)；和反激式半導體(70)，其與所述電感負載(40)并聯，其中所述反激式半導體(70)被配置為響應于所述反激式半導體(70)兩端的電壓降至少等于正向電壓而發光，其中所述反激式半導體(70)響應于所述電感負載(40)在操作期間生成致使所述反激式半導體(70)兩端的所述電壓降至少等于所述正向電壓的電壓尖峰而發光。7.根據權利要求6所述的電路(20)，包括繼電器(42)，所述繼電器(42)被配置為控制所述電感負載(40)。8.根據權利要求7所述的電路...

【專利技術屬性】
技術研發人員：B·J·蒂洛森，
申請(專利權)人：波音公司，
類型：發明
國別省市：美國,US